Questo è un metodo per isolare le cellule linfoidi uterine da topi sia gravidi che non gravidi. Questo metodo può essere utilizzato per molteplici applicazioni a valle come la fenotipizzazione FACS, lo smistamento cellulare, i saggi funzionali, l’RNA-seq e la proteomica. Il protocollo qui dimostra come fenotipizzare le cellule linfoidi innate uterine del gruppo 1 mediante citometria a flusso.
Qui è descritto un metodo semplice per isolare e fenotipo le cellule linfoidi innate uterine del gruppo 1 di topo (g1 uILC) dal singolo utero gravido mediante citometria a flusso. Il protocollo descrive come impostare l’accoppiamento temporale per ottenere più dighe sincrone, la digestione meccanica ed enzimatica dell’utero gravido, la colorazione delle sospensioni monocellulari e una strategia FACS per fenotipo e discriminare gli uILC g1. Sebbene questo metodo perda inevitabilmente l’informazione spaziale della distribuzione cellulare all’interno del tessuto, il protocollo è stato applicato con successo per determinare l’eterogeneità uILC, la loro risposta ai fattori materni e fetali che influenzano la gravidanza, il loro profilo di espressione genica e le loro funzioni.
Descritto qui è un metodo semplice per ottenere un alto rendimento di linfociti innati uterini da singolo utero in gravidanza. Questo metodo preserva l’espressione della superficie proteica e la funzionalità dei linfociti innati uterini ed è adatto per applicazioni successive come fenotipizzazione FACS, RNAseq, proteomica o saggi funzionali. Qui, l’attenzione si concentra sulla fenotipizzazione delle uILC del gruppo 1 mediante citometria a flusso.
L’utero è composto da tre strati: l’endometrio, il miometrio e il perimetrio (Figura 1). L’endometrio è la mucosa, che riveste il lume dell’utero. Il progesterone, prodotto dal corpo luteo, converte l’endometrio in decidua. Il miometrio è composto da due strati di muscolatura liscia che compongono la parete uterina. Il perimetrio è la sierosa che avvolge l’utero e lo collega al peritoneo attraverso l’ampio legamento chiamato mesometrio. In una sezione trasversale dell’utero, la parte opposta al lume è chiamata lato mesometriale, mentre la parte vicina al lume è chiamata lato anti-mesometriale. Una varietà di leucociti materni popolano l’endometrio e la decidua, compresi diversi tipi di cellule, dove le cellule immunitarie innate rappresentano la stragrande maggioranza delle cellule. Le cellule linfoidi innate (ILC), i macrofagi, le cellule dendritiche (DC), così come i linfociti T CD4+ e CD8+, le cellule T regolatorie (Tregs) e le cellule B rare possono svolgere un ruolo importante nella regolazione dell’ambiente uterino durante la gravidanza1,2. Gli ILC nell’utero si trovano non solo nella mucosa, ma anche nel miometrio nei topi. Compresi tutti e tre i gruppi di ILC, l’utero è infatti l’organo più densamente popolato da ILC di gruppo 1. Con la trasformazione strutturale dei tessuti uterini durante la gestazione, cambiano anche il numero e la proporzione dei leucociti uterini (vedere figura 2A per un esempio di variazioni nella percentuale dei sottoinsiemi uILC del gruppo 1)3,4.
Quando si fa riferimento ai topi in questo articolo, si intende il ceppo C57BL / 6 di topi da laboratorio inbred. I topi di razza (ad esempio, i topi NMRI) sono spesso utilizzati nella ricerca riproduttiva a causa del loro alto tasso riproduttivo. Tuttavia, l’uso di ceppi inbred è necessario per generare risultati coerenti e il background genetico preferito dell’immunologo è C57BL / 6, noto anche come B6.
Circa il 30% dei leucociti uterini nelle madri B6 a metà gestazione sono g1 uILC, che sono definite dalla citometria a flusso come cellule CD45+CD3-CD19-NK1.1+NKp46+ vitali (Figura 2B): NK pro-angiogenico residente nei tessuti (trNK), NK convenzionale produttore di IFN-g (cNK) e uILC14,5. La percentuale di cellule uNK è ancora più alta negli esseri umani, raggiungendo circa il 70% nel primo trimestre6. Ci sono più somiglianze che differenze tra uNK umano e topo e uILC7,8. Sebbene sia importante tenere a mente le differenze, è utile integrare le informazioni disponibili sulle due specie. Quando si combinano le informazioni ottenute dallo studio dell’uILC negli esseri umani e nei roditori di laboratorio, è chiaro che le cellule NK aiutano nei cambiamenti omeostatici essenziali per la biologia dell’utero, compreso il mantenimento dell’integrità arteriosa9 e il rimodellamento dell’arteria a spirale10, così come l’invasione del trofoblasto11,12. Svolgono anche ruoli specifici nella difesa contro gli agenti patogeni13,14. Nei topi e nei ratti, oltre a riempire la decidua intorno al sito di impianto, le cellule NK si accumulano tra i due strati muscolari del miometrio delle dighe in una struttura transitoria nota come aggregato linfoide mesometriale della gravidanza (MLAp)15 (Figura 1B), nota anche in passato come ghiandola metriale, la cui funzione è ancora da scoprire.
Qui è descritto un protocollo dettagliato del metodo utilizzato in laboratorio per isolare i linfociti dall’utero di topi gravidi utilizzando una combinazione di disaggregazione meccanica e digestione enzimatica. Poiché l’intero utero viene utilizzato nel metodo, i linfociti isolati dall’utero durante la gestazione sono una miscela di cellule deciduali e miometriali. È possibile un’ulteriore dissezione della decidua dalla parete uterina e dal suo MLAp, ed è stata descritta prima16. Il metodo qui descritto è stato sviluppato per ottenere linfociti uterini preservando l’espressione della superficie proteica, la funzionalità cellulare e la vitalità. Il risultato è una sospensione monocellulare con detriti cellulari residui minimi e una resa tipicamente compresa tra 1 e 5 milioni di cellule a metà gestazione (10,5 giorni) per un utero in gravidanza. Le applicazioni di questo metodo comprendono la fenotipizzazione mediante citometria a flusso, l’ordinamento cellulare per successivi studi trascrittomici o proteomici, studi funzionali come la produzione intracellulare di citochine, la degranulazione, ELISPOT o saggi citotossici. Il protocollo qui presentato si concentra sull’identificazione delle ILC di gruppo 1, ma può essere adattato ad altri tipi di cellule come altre ILC, cellule T, cellule B, DC o macrofagi con piccole modifiche del pannello anticorpale utilizzato per l’analisi FACS. Il protocollo può anche essere utilizzato per isolare le cellule da altri tessuti e per gli uteri non gravidi in pool.
Il metodo contiene diversi passaggi critici discussi di seguito. Il primo passo critico è quello di ottenere gravidanze sincrone multiple man mano che la frequenza relativa delle popolazioni di leucociti cambia durante la gravidanza. Avere più dighe nello stesso giorno gestazionale consente di ripetere biologicamente negli stessi esperimenti o di raggruppare i linfociti da singole dighe per ottenere numeri maggiori richiesti per le applicazioni a valle. L’accoppiamento temporizzato consente al ricercatore di individuare il concepimento entro un periodo di 24 ore. Sebbene i topi vivano per circa 2,5 anni, saranno in età riproduttiva da 4-7 settimane fino a 6-8 mesi. Poiché i topi più giovani di solito producono cuccioli più piccoli, i topi femmina non sono generalmente accoppiati fino a quando non sono tra 6-8 settimane e i topi maschi fino a quando non sono tra 8-10 settimane. Dato che l’estro dura circa 15 ore nei topi e si verifica ogni 4-5 giorni, il tasso di accoppiamento tipico (rivelato da un tappo vaginale, vedi Figura 4) è di circa il 25%. È quindi importante utilizzare topi in estro e pianificare numeri sufficienti per ottenere il numero richiesto di dighe per un determinato esperimento. La fase del ciclo di estro può essere determinata dalla citologia dello striscio vaginale22. La velocità della spina può essere migliorata riposando i maschi 48 ore prima dell’accoppiamento e sfruttando l’effetto Whitten18. In alternativa, si può somministrare siero di cavalla in gravidanza, che imita l’effetto dell’ormone follicolo-stimolante endogeno, inducendo la maturazione degli ovociti e, 42-50 ore dopo, la gonadotropina corionica umana, che imita l’effetto dell’ormone luteinizzante endogeno, inducendo l’ovulazione. Questo trattamento ormonale bypassa il fabbisogno di estro e rende ricettive praticamente tutte le femmine trattate.
Un secondo passo fondamentale è garantire la qualità della colorazione FACS. Gli anticorpi utilizzati nella citometria a flusso devono essere sempre titolati e utilizzati alla concentrazione ottimale, ed è necessario verificare che la digestione enzimatica non scinde epitopi antigenici cruciali. Per valutare se un enzima fende un epitopo, si potrebbero macchiare due frazioni dello stesso campione in parallelo, una sottoposta a digestione enzimatica e l’altra a digestione meccanica. Allo stesso modo, l’uso di controlli appropriati e di singole macchie è fondamentale per ottenere dati affidabili. Per eventi rari, le perline possono essere utilizzate per generare campioni di macchie singole. Si raccomanda di non utilizzare perline per impostare tensioni, ma piuttosto una popolazione di cellule contenenti linfociti e altri leucociti, come gli splenociti. Se vengono utilizzate perline, è necessario titolare gli anticorpi per la colorazione delle perline, quindi l’intensità di fluorescenza delle perle colorate sarà paragonabile all’intensità di fluorescenza delle cellule. In caso di difficoltà a separare le cellule positive da quelle negative per un particolare marcatore, un controllo FMO può anche essere utilizzato per facilitare il gating per un marcatore specifico. Nel caso di marcatori intracellulari, deve essere utilizzato un controllo isotipico in quanto la colorazione intracellulare potrebbe provocare anticorpi residui non legati, che possono essere ancora presenti all’interno delle cellule dopo le fasi di lavaggio e quindi aumentare il segnale di fondo. Si raccomanda di eseguire i campioni entro 24 ore dal fissaggio delle cellule per ottenere i migliori risultati nella fenotipizzazione mediante analisi FACS, poiché l’autofluorescenza aumenta significativamente nel tempo e l’intensità di fluorescenza di alcuni anticorpi potrebbe diminuire nel tempo.
Un altro fattore cruciale da considerare è l’applicazione a valle della sospensione monocellulare ottenuta con il protocollo. Per i saggi funzionali, è essenziale lavorare in condizioni sterili. Allo stesso modo, per i successivi studi omici, è importante lavorare in sterile e RNasi, DNasi e proteasi-free.
Il protocollo qui presentato si concentra sulla fenotipizzazione del gruppo 1 ILC, ma può essere adattato per la fenotipizzazione di altri tipi di cellule modificando il pannello anticorpale. Si raccomanda che tutti gli anticorpi siano testati contro la sospensione cellulare digerita e non digerita per rilevare la perdita/alterazione degli epitopi superficiali mediante il trattamento enzimatico. Allo stesso modo, diversi enzimi possono essere utilizzati per digerire il tessuto e aumentare la resa cellulare, ma il suo effetto sugli epitopi antigenici cruciali deve essere attentamente studiato. Mentre NKp46 è un buon marcatore per le cellule NK spleniche e funziona in tutti i ceppi di topi di laboratorio, l’espressione di NKp46 sulle cellule uNK nei topi C57BL/6 è considerevolmente inferiore rispetto alle cellule NK della milza. È meglio macchiare sia per NK1.1 che per NKp46 contemporaneamente. Se più organi devono essere confrontati direttamente, si raccomanda di trattare tutti i campioni allo stesso modo, anche se la digestione enzimatica non è richiesta per tessuti come la milza o il midollo osseo. Sebbene il metodo qui presentato sia applicabile all’utero non gravido, l’isolamento dell’anello linfocitario mediante un gradiente di Percoll a due fasi sarà impegnativo e la resa delle cellule isolate potrebbe essere troppo bassa per un’analisi FACS affidabile e quindi richiederà il raggruppamento di cellule isolate dall’utero di singoli topi non gravidi23.
Ci sono limitazioni al protocollo da considerare per l’interpretazione dei dati. Come nel caso di tutti i tessuti, i linfociti circolanti provenienti dal sangue saranno isolati insieme alle cellule residenti nei tessuti. Se l’esclusione dei linfociti circolanti è essenziale per l’interpretazione dei dati, la colorazione intravitale può essere eseguita per etichettare le cellule circolanti. Inoltre, una seconda limitazione al protocollo è che alcune cellule andranno perse in quanto non tutte le cellule possono essere estratte dal tessuto. I problemi più comuni e la relativa risoluzione dei problemi sono presentati nella Tabella 2.
Storicamente, lo studio delle cellule nei tessuti si è basato sull’esame istologico delle sezioni tissutali. L’eccellente recensione di Sandra Peel24 riassume il lavoro svolto in più di 100 anni fino alla fine degli anni ’80. Le descrizioni di cellule in seguito conosciute come cellule uNK appaiono infatti in manoscritti pubblicati più di mezzo secolo prima che i linfociti fossero scoperti. Quindi, prima della scoperta delle cellule NK nel 1975, e le cellule uNK sono state indicate come cellule del glicogeno materno o cellule della ghiandola metriale granulata. Anne Croy ha dato importanti contributi sul campo25 e ha gentilmente insegnato al team la dissezione che aveva ottimizzato3, e che è attualmente utilizzata. Sebbene sia strumentale nel descrivere la morfologia e la posizione tissutale delle cellule uNK, l’esame istologico classico è limitato alla rilevazione di pochi marcatori sulle cellule di interesse. Nel 2008 è stato descritto un metodo basato sulla citometria a flusso per rilevare simultaneamente più marcatori sui linfociti uterini26. Questo è essenzialmente il metodo che è stato descritto in questo articolo. Tecnologie più recenti come la trascrittomica spaziale e l’imaging mediante citometria di massa combinano la potenza dell’istologia e della citometria a flusso, consentendo sia il rilevamento simultaneo di più geni o proteine, rispettivamente, sia la conservazione della normale architettura tissutale.
Le applicazioni del metodo qui descritto sono molteplici e includono la fenotipizzazione FACS, il saggio funzionale (come ELISPOT, la degranulazione o i saggi citotossici), lo smistamento cellulare e la successiva trascrittomica o proteomica. Ulteriori applicazioni che potrebbero essere sviluppate sulla base di questo metodo includono la coltura e l’espansione di cellule NK deciduali dopo la selezione cellulare o l’arricchimento mediante esaurimento negativo. Attualmente, non esiste un protocollo per coltivare ed espandere le cellule uNK di topo e preservarne la vitalità e la funzionalità per un periodo prolungato, in modo simile alle cellule NK umane che possono essere coltivate ed espanse per 7-14 giorni con l’aggiunta di IL-2 o una combinazione DI IL-12 e IL-15. L’ottimizzazione di un tale metodo per le cellule uNK del topo fornirebbe una maggiore flessibilità durante l’esecuzione di saggi funzionali e consentirebbe di testare più condizioni con un numero di celle più elevato. D’altra parte, le condizioni di coltura sono note per modificare il fenotipo unico dei linfociti e potenzialmente anche la loro funzione.
The authors have nothing to disclose.
Ringraziamo i membri del team precedenti e attuali che hanno contribuito a sviluppare questo metodo, tra cui Jean-Marc Doisne, Norman Shreeve, Iva Filipovic e Anita Qualls. Questa ricerca è stata finanziata dal wellcome trust [Grant number 200841/Z/16/Z] e dal Medical Research Council (MR/P001092/1). Ai fini dell’accesso aperto, l’autore ha applicato una licenza di copyright pubblica CC BY a qualsiasi versione del manoscritto accettato dall’autore derivante da questa presentazione.
70 µm cell strainers | Falcon | 352350 | |
BSA | Sigma | A9647-100G | |
CD19 antibody | BD | 562701 | |
CD3 antibody | BD | 562600 | |
CD45 antibody | BioLegend | 103108 | |
CD49a antibody | BD | 740262 | |
DNase I | Roche (Sigma) | 10104159001 | |
EOMES antibody | eBioscience | 12-4875-82 | |
Fc block Trustain fcx | BioLegend | 101320 | |
Fetal Bovine Serum | Gibco | 10217-106 | |
Fix/Perm buffer (part of BD Cytofix/Cytoperm Fixation/Permeabilization Kit) | BD | 554714 | |
HBSS, calcium, magnesium, no phenol red | Gibco | 14025092 | |
Liberase DH | Roche (Sigma) | 5401089001 | |
Lysis buffer Pharmlyse | BD | 555899 | |
NK1.1 antibody | BioLegend | 108739 | |
NKp46 antibody | BioLegend | 137608 | |
Paraformaldehyde 16% Solution (methanol-free) | Agar Scientific | AGR1026 | |
PBS 10x | Gibco | 14030-048 | |
PBS 1x (no Ca2+ or Mg2+) | Thermo Scientific | 14190144 | |
Percoll | VWR international | 17-0891-01 | |
Phosphate buffered saline | Sigma-Aldrich | P5368-10PAK | |
Pre-Separation filters | Miltenyi | 130-095-823 | |
RMPI-1640 medium + GlutaMAX | Gibco | 61870-010 | |
UltraPure 0.5M EDTA, pH 8.0 | Thermo Scientific | 15575020 | |
Zombie Violet Fixable Viability dye | BioLegend | 423113 |